低膨胀微晶玻璃的制备及晶化机理的研究

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锂铝硅微晶玻璃具有很高尺寸稳定性、耐热冲击性能和优良的化学稳定性,一直以来受到人们的关注。该文采用DTA,XRD和SEM等现代分析研究手段,对锂铝硅系微晶玻璃的形核和晶化过程进行了分析,提出了最佳的形核剂配比和最佳的热处理工艺,研究了多种添加剂对锂铝硅微晶玻璃的晶相形成,组织结构和性能的影响,提出了复相强化和原位强化微晶玻璃的概念。该研究工作对于微晶玻璃的形核和晶化过程的控制以及微晶玻璃的性能优化设计具有指导意义。 该研究首次采用固定ZrO2添加量的方法,获得了最佳的复合TiO2+ZrO2形核剂配比。并通过对比研究的方法,首次发现了采用TiO2+ZrO2复合形核剂的微晶玻璃形核效率高,对形核温度的热敏感性小,并得到50-100nm细小晶粒组织,丰富了微晶玻璃的形核和晶化理论。 首次发现F-离子不仅能够促进玻璃向β-石英固溶体的转变,同时加快了β-石英固溶体相向β-锂辉石相的转变速度,当MgF2的添加量为8%时,直接析出β-锂辉石相,完全抑制了亚稳定的β-石英固溶体相析出。首次获得原位生长的纤维状β-锂辉石。指明纤维组织是在晶相的长大的过程中,通过不断吞食周围的细小颗粒状晶粒而形成的,这种纤维状原位强化组织具有更高的力学性能。 添加CaO+MgO,在较大幅度降低了玻璃的熔化温度的同时,并获得了低膨胀相和高强度相结合的锂辉石-透辉石复相组织结构,该复相强化组织有更高的强度和抗热冲击性能。并发现添加CaO+MgO抑制玻璃晶化,晶化机制从整体晶化变为表面晶化。在一定范围内增加形核剂TiO2能促进LCMAS玻璃晶化。向锂铝硅玻璃体系中添加CeO2,促进玻璃晶化,降低了玻璃的熔化温度,并获得了透明性好和热膨胀系数低的微晶玻璃。 首次采用ZnO取代锂铝硅微晶玻璃中的Al2O3,较大幅度降低了玻璃的熔化温度,得到了低热膨胀系数的细小等轴晶粒的微晶玻璃。随着ZnO的取代Al2O3的量增加,玻璃向β-石英固溶体以及β-石英固溶体向β-锂辉石固溶体转变加快,同时晶粒的长大速度大幅度增加。
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